馬 強(qiáng)

水資源是人類不可或缺的資源，水資源緊缺已是一個(gè)全球性的問題。我國是一個(gè)水資源相對(duì)貧乏的國家，是世界上13個(gè)貧水國家之一。要實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用，除了開源以外，節(jié)約用水則是解決當(dāng)前水資源緊缺的首要途徑。農(nóng)業(yè)是用水大戶，而灌溉用水量占農(nóng)業(yè)總用水量的比例始達(dá)到90%以上。因此，研究灌溉用水量具有十分重要的意義。

1 灌溉用水量預(yù)測(cè)

灌溉用水量受降水量、蒸發(fā)量、氣溫、相對(duì)濕度、灌溉管理理水平、灌區(qū)作物種類及種植面積、灌溉制度、水源的情況以及水費(fèi)政策的調(diào)整等因素的影響，因而表現(xiàn)出一定的不確定性，其年際年內(nèi)變化都比較大。灌溉用水量是灌區(qū)經(jīng)營管理的一個(gè)主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)灌溉用水量進(jìn)行預(yù)測(cè)可以使有限的水資源發(fā)揮最大的效益，對(duì)于編制灌區(qū)用水計(jì)劃、預(yù)算當(dāng)年經(jīng)濟(jì)收入、指導(dǎo)水庫蓄水、安排工程項(xiàng)目等灌區(qū)管理工作以及指導(dǎo)灌區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。特別是在干旱年份，灌溉用水量的預(yù)測(cè)可以為灌區(qū)內(nèi)部灌溉用水量的合理分配提供科學(xué)依據(jù)。另外，由于灌溉用水量預(yù)測(cè)既不同于天氣預(yù)報(bào)，也不同于徑流預(yù)報(bào)。因此，研究科學(xué)有效的灌溉用水量預(yù)測(cè)方法是十分必要的。

灌溉用水量的預(yù)測(cè)按時(shí)間可分為長期預(yù)測(cè)、中期預(yù)測(cè)和短期預(yù)測(cè)，大體上可分別對(duì)應(yīng)年、月以及旬以下。中長期灌溉用水量預(yù)測(cè)可為灌區(qū)制定中長期調(diào)度計(jì)劃提供合理依據(jù)，也可為水資源的合理開發(fā)、分配，水污染控制，灌區(qū)整體規(guī)劃和布局提供必要的信息。通過中長期灌溉用水量預(yù)測(cè)，可以了解遠(yuǎn)期用水量規(guī)模以及用水量發(fā)展趨勢(shì)，以利于合理計(jì)劃、開發(fā)和利用水資源，做到既能保障各個(gè)時(shí)期的灌溉用水量，又能最大限度地節(jié)約用水，對(duì)水污染進(jìn)行有效的防御和控制，為灌區(qū)供水系統(tǒng)的優(yōu)化改擴(kuò)建提供必要的資料，使灌區(qū)的整體布局和未來發(fā)展規(guī)劃更加合理。短期灌溉用水量預(yù)測(cè)則可指導(dǎo)灌區(qū)的實(shí)時(shí)調(diào)度，做到有效利用水資源，使之發(fā)揮更大的效益，其預(yù)測(cè)的可靠性直接影響到整個(gè)調(diào)度決策的可靠性及實(shí)用性。

2 灌溉用水量預(yù)測(cè)過程

第一，明確預(yù)測(cè)對(duì)象。第二，根據(jù)已經(jīng)明確的預(yù)測(cè)目標(biāo)和有關(guān)的影響因素，調(diào)查與該預(yù)測(cè)有關(guān)的歷史資料。第三，對(duì)有關(guān)資料進(jìn)行整理，去偽存真，去粗取精，排除有據(jù)可查的不實(shí)之處和將來不可能重復(fù)出現(xiàn)的小概率事件的影響后，把經(jīng)過整理資料稱作預(yù)測(cè)信息。第四，通過對(duì)預(yù)測(cè)信息數(shù)據(jù)的處理和主觀經(jīng)驗(yàn)的判斷，分析出真實(shí)情況中的演變規(guī)律。這種演變規(guī)律是用數(shù)學(xué)模型與圖所表示的預(yù)測(cè)目標(biāo)的歷史發(fā)展過程、趨勢(shì)與程度的一種科學(xué)概括。第五，必須注意的是，不是所有分析出的演變規(guī)律都具有預(yù)測(cè)意義，采用不同的預(yù)測(cè)信息或同一預(yù)測(cè)信息的不同取材可能得到多種演變規(guī)律，因此第四步分析出的演變規(guī)律不能直接用于預(yù)測(cè)，必須進(jìn)行選擇。只有經(jīng)過反復(fù)的數(shù)據(jù)處理和主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，從各種演變規(guī)律中選擇出可以代表或說明未來的那種規(guī)律，即預(yù)測(cè)規(guī)律，才能用于預(yù)測(cè)。預(yù)測(cè)應(yīng)用就是用預(yù)測(cè)規(guī)律判斷未來。

3 灌溉用水量預(yù)測(cè)技術(shù)

第一，定性預(yù)測(cè)技術(shù)。凡屬于研究預(yù)測(cè)目標(biāo)未來發(fā)展性質(zhì)的分析方法與手段都屬定性分析的范疇。在缺乏定量數(shù)據(jù)時(shí)，定性分析可直接用于預(yù)測(cè)；數(shù)據(jù)充分時(shí)也可用于對(duì)定量預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)，定性與定量方法相結(jié)合可有效提高預(yù)測(cè)結(jié)果的可信度。定性分析多用經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法，如專家調(diào)查法、主觀概率法及相互影響分析法等。

第二，定量預(yù)測(cè)技術(shù)。定量預(yù)測(cè)的目的不僅僅是確定因果關(guān)系，而是確定影響程度。凡是屬于研究預(yù)測(cè)目標(biāo)的未來發(fā)展程度的分析方法與手段，都?xì)w類為定量預(yù)測(cè)范疇。定量分析多采用單方程回歸預(yù)測(cè)法。

第三，定時(shí)預(yù)測(cè)技術(shù)。定時(shí)預(yù)測(cè)是研究目標(biāo)與時(shí)間之間的關(guān)系，包括時(shí)間序列的發(fā)展趨勢(shì)、季節(jié)變化、周期變化和不規(guī)則變化，并同有經(jīng)驗(yàn)的主觀判斷及假設(shè)相結(jié)合，尋求預(yù)測(cè)模型。凡是屬于研究預(yù)測(cè)目標(biāo)未來發(fā)展過程的分析方法與手段，都?xì)w類為定時(shí)預(yù)測(cè)范疇。定時(shí)分析多采用實(shí)際序列預(yù)測(cè)法，可進(jìn)一步分為確定型時(shí)間序列預(yù)測(cè)法和隨機(jī)型時(shí)間序列預(yù)測(cè)法。

第四，定比預(yù)測(cè)技術(shù)。凡是屬于研究不同預(yù)測(cè)目標(biāo)之間的未來發(fā)展比例的分析方法與手段，都?xì)w類為定比預(yù)測(cè)，其特點(diǎn)是不同預(yù)測(cè)目標(biāo)之間互為因果。定比預(yù)測(cè)多采用多方程回歸法以及投入產(chǎn)出法。

第五，評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)技術(shù)。預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)可分為階段評(píng)價(jià)和總體評(píng)價(jià)。對(duì)預(yù)測(cè)目標(biāo)從各方面進(jìn)行計(jì)算、分析與判斷以后，還必須對(duì)預(yù)測(cè)的可信程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。凡是屬于對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的分析方法與手段，都?xì)w類為評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)范疇。預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)通常多采用經(jīng)驗(yàn)調(diào)查法。

4 灌溉用水量預(yù)測(cè)方法及其特點(diǎn)分析

4.1 彭曼法

根據(jù)彭曼公式通過對(duì)作物蒸發(fā)蒸騰量的計(jì)算，再加上降雨量和田間滲漏量等因素對(duì)灌區(qū)用水量進(jìn)行預(yù)測(cè)。這是目前灌溉用水量預(yù)測(cè)中采用的主要方法。這一方法需要大量的氣象資料，并充分掌握作物種植結(jié)構(gòu)、灌溉面積以及當(dāng)?shù)厮吹荣Y料，此外還需要與氣象預(yù)報(bào)結(jié)合。因此，在資料缺乏的地區(qū)，這一方法不太適用。

4.2 自回歸滑動(dòng)平均法

自回歸滑動(dòng)平均法是對(duì)自回歸模型和移動(dòng)平均模型的綜合，它將預(yù)測(cè)對(duì)象隨時(shí)間變化形成的序列先加工成一個(gè)白噪聲序列進(jìn)行處理，可對(duì)任何一個(gè)需水過程進(jìn)行模擬，對(duì)時(shí)預(yù)測(cè)、日預(yù)測(cè)和年預(yù)測(cè)均有效，且預(yù)測(cè)速度快，能得到較高的預(yù)測(cè)精度。但該方法只能給出下一周期灌溉需水量的預(yù)測(cè)值，無法給出合理的誤差估計(jì)，具有預(yù)測(cè)周期短、所用數(shù)據(jù)單一的缺點(diǎn)，更適用于優(yōu)化控制的短期預(yù)測(cè)。此外，該方法存在著明顯的滯后性。

4.3 回歸分析法

回歸預(yù)測(cè)技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的基本預(yù)測(cè)技術(shù)。根據(jù)因果分析的思想，尋找預(yù)測(cè)對(duì)象與影響因素之間的因果關(guān)系，建立回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，而且在系統(tǒng)發(fā)生較大變化時(shí)，也可以根據(jù)相應(yīng)變化因素修正預(yù)測(cè)值，同時(shí)對(duì)預(yù)測(cè)值的誤差也有一個(gè)大體的把握，因此適用于長期預(yù)測(cè)。而對(duì)于短期預(yù)測(cè)，由于需水量數(shù)據(jù)的影響因素復(fù)雜且影響因素未來值的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)困難，故不宜采用。

4.4 指標(biāo)分析法

通過對(duì)用水系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)的綜合分析，制定出各種灌溉定額，然后根據(jù)灌溉定額和灌溉面積等的關(guān)系計(jì)算出遠(yuǎn)期用水量。該模型的評(píng)估結(jié)果較好，但實(shí)際應(yīng)用比較復(fù)雜，受稻田、旱地、菜田實(shí)灌面積資料的限制。但與回歸分析相比，其工作量要小得多。

4.5 灰色預(yù)測(cè)法

灰色系統(tǒng)理論自1982年問世以來，在理論和應(yīng)用方面都取得了顯著的成績。尤其是灰色動(dòng)態(tài)模型GM（1，1），由于可用于定量分析與預(yù)測(cè)，被看作是灰色系統(tǒng)中的核心模型，該方法比較適于不確定發(fā)展規(guī)律而原始數(shù)據(jù)又無明顯趨勢(shì)的情形，并且預(yù)測(cè)范圍廣，對(duì)長、短期預(yù)測(cè)均可，且所需數(shù)據(jù)量不大，在數(shù)據(jù)缺乏時(shí)十分有效。

隨著預(yù)測(cè)精度的要求越來越高，非線性預(yù)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究越來越深入。在非線性領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)在越來越廣泛，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其良好的非線性映射和良好的預(yù)測(cè)精度得到了眾多學(xué)者的重視，今后在灌溉用水預(yù)測(cè)領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必將發(fā)揮更重要的作用。